CN109659925A - 具有接线保护的电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有接线保护的电源装置。电源装置具有切换模块、感测电阻、第一功率晶体管与二极管。切换模块电性连接电源输入端与接地端。切换模块用以将电能由此电源输入端传输至一电源输出端。感测电阻的一端电性连接切换模块。感测电阻的另一端电性连接一第一节点。第一功率晶体管的两端之间具有一本体二极管。二极管的一端电性连接本体二极管的同极性的一端。二极管与第一功率晶体管电性连接于第一节点与电源输出端之间。

Description

具有接线保护的电源装置

技术领域

本发明关于一种电源转换电路，特别是一种用以提供直流电源的电源转换电路。

背景技术

电子产品不断推陈出新，电子产品的供电规格也因而时常变动。因此，一般来说，在对电子产品或是电池进行测试时，乃是采用电源转换电路，以针对电子产品或是电池的规格改变供电的方式。藉由控制电源转换电路，厂商得以用相仿的机台来对多种的电子装置或是电池进行测试。

虽然，电源转换电路提供厂商相当大的测试弹性，但是，于实务上，生产线人员的人为失误仍有可能造成不可挽回的后果。举例来说，当以电源转换电路对充电电池充电以进行直流测试时，理论上电源转换电路的正极性输出端应电性连接于充电电池的正电极，电源转换电路的负极性输出端应电性连接于充电电池的负电极。但是，当生产线人员将电源转换电路的负极性输出端应电性连接于充电电池的正电极，且将电源转换电路的正极性输出端应电性连接于充电电池的负电极时，在电路连接的瞬间，电池很有可能会对电源转换电路放电，从而造成电源转换电路的功率元件损坏，甚至有可能造成安全问题。

以往可能会藉由增设保险丝来避免电源转换电路损坏。但是，由于规格需求，增设保险丝可能所费不赀，从而增加测试成本。另一方面，更换保险丝亦可能造成生产线时程的延宕。在另一种做法中，可能会藉由增设另一组侦测线路来判断充电电池的电池极性，并同时撷取电性数据。但实务上，生产线人员仍有可能混淆充电电池的电池极性以及电源转换电路的电源输出端的极性。

发明内容

本发明在于提供一种具有接线保护的电源装置，以避免电源转换电路因生产线人员的人为疏失而被破坏，且所述的具有接线保护的电源装置可藉由简单的操作回复正常。

本发明公开了一种具有接线保护的电源装置。所述的电源装置具有切换模块、感测电阻、第一功率晶体管与二极管。切换模块电性连接电源输入端与接地端。切换模块用以将电能由此电源输入端传输至一电源输出端。感测电阻的一端电性连接切换模块。感测电阻的另一端电性连接一第一节点。第一功率晶体管的两端之间具有一本体二极管。二极管的一端电性连接本体二极管的同极性的一端。二极管与第一功率晶体管电性连接于第一节点与电源输出端之间。其中，于一初始配置阶段，切换模块关闭，第一功率晶体管操作于欧姆区，电源装置依据感测电阻的电压判断一电子装置是否正确电性连接于电源输出端与接地端。

本发明公开了另一种具有接线保护的电源装置。所述的电源装置具有切换装置、感测电阻、第一继电器与分流电阻。切换模块电性连接一电源输入端与一接地端。切换模块用以将电能由电源输入端传输至一电源输出端。感测电阻的一端电性连接切换模块。感测电阻的另一端电性连接一第一节点。第一继电器的一端电性连接第一节点。第一继电器的另一端电性连接电源输出端。分流电阻并联连接于第一继电器。其中，于一初始配置阶段，切换模块关闭，第一继电器断开，电源装置依据感测电阻的电压判断一电子装置是否正确电性连接于电源输出端与接地端。

综合以上所述，本发明提供了一种电源转换电路，于初始配置阶段，电源转换电路的其中一个晶体管操作于欧姆区。因此，当有异常情况发生时，例如生产线人员将电源转换电路的输出端与取电装置的电极接反，由于电源转换电路的内部回路会具有高阻抗，从而降低取电装置提供给电源转换电路的放电电流。藉此，电源转换电路得以避免因为生产线人员的人为疏失而损坏。而且，在生产线流程上，电源转换电路的初始配置阶段可供生产线人员确实地配置好测试环境，也提供了生产线人员一丝余裕。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的功能方块示意图。

图2A为根据本发明一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的电路示意图。

图2B为根据本发明图2A所绘示的具有接线保护的电源装置电性连接于充电电池时的一种电流路径的示意图。

图3为根据本发明另一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的功能方块示意图。

图4A为根据本发明另一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的电路示意图。

图4B为根据本发明图4A所绘示的具有接线保护的电源装置电性连接于充电电池时的一种电流路径的示意图。

其中，附图标记：

1、1” 具有接线保护的电源装置

11、11” 侦测模块

12、12” 切换模块

14、14” 感测电阻

16 第一功率二极管

162 本体二极管

17a”、17b” 第一继电器

18 二极管

19” 分流电阻

B 电池

C1、C1”、C2、C2” 电容

D1、D2、D3、D4、D1”、D2”、D3”、D4” 等效本体二极管

DV 电源输出端

E1、E2、E1”、E2”、E1”、E2” 电极

EP 电源输入端

GND 接地端

I、I” 电流

L 电感

M1～M4、M1”～M4” 晶体管

N1、N1” 第一节点

N2、N2” 第二节点

R1、R1”、R2” 电阻

P 输入电源

SC1～SC4、SC1”～SC4” 控制信号

SW、SWa、SWb 继电器

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1为根据本发明一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的功能方块示意图。图1揭示了一种具有接线保护的电源装置1。具有接线保护的电源装置1包括一切换模块12、一感测电阻14、一第一功率晶体管16与一二极管18。切换模块12电性连接电源输入端Ep与接地端GND。切换模块12用以将电能由电源输入端Ep传输至电源输出端DV。感测电阻14的一端电性连接切换模块12。感测电阻14的另一端电性连接第一节点N1。第一功率晶体管16的两端之间具有本体二极管162。二极管18的一端电性连接本体二极管162的同极性的一端，二极管18与第一功率晶体管16电性连接于第一节点N1与电源输出端DV之间。其中，于一初始配置阶段，切换模块12关闭，第一功率晶体管16操作于欧姆区。所谓切换模块12关闭指切换模块12于一段期间内暂不将电能由电源输入端Ep传输至电源输出端DV。电源装置1依据感测电阻14的电压判断一电子装置是否正确电性连接于电源输出端DV与接地端GND。所述的电子装置例如为充电电池或是其他具有蓄电能力的电子产品，后续以充电电池为例进行说明。

请参照图2A以对具有接线保护的电源装置进行更具体地说明，图2A为根据本发明一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的电路示意图。如图2A所示，具有接线保护的电源装置1具有第一晶体管M1、第二晶体管M2、电感L、感测电阻R1、第三晶体管M3与第四晶体管M4。在此实施例中，第一晶体管M1与第二晶体管M2所组成的电路结构包含于前述的切换模块12，感测电阻R1对应于前述的感测电阻14，第三晶体管M3对应于前述的第一功率晶体管16，第四晶体管M4的本体二极管对应于前述的二极管18。

第一晶体管M1具有第一端、第二端与第一控制端。第一晶体管M1的第一端电性连接输入电源P的电源输入端EP。第一晶体管M1的第二端电性连接第二节点N2。第一晶体管M1的第一控制端用以接收第一控制信号SC1。第一晶体管M1受控于第一控制信号SC1而选择性地导通第一晶体管M1的第一端与第二端。第一晶体管M1以及后续提及的晶体管例如为P型的增强型金属氧化物半导体晶体管(enhancement type metal oxide semi-conductortransistor,MOSFET)，但并不以此为限。

第二晶体管M2具有第三端、第四端与第二控制端。第二晶体管M2的第三端电性连接第二节点N2。第二晶体管M2的第四端电性连接电源的接地端GND与电源输出端DV。第二晶体管M2的第二控制端用以接收第二控制信号SC2。第二晶体管M2受控于第二控制信号SC2而选择性地导通第二晶体管M2的第三端与第四端。

电感L的一端电性连接第二节点N2。感测电阻R1的一端电性连接电感L的另一端。感测电阻R1的另一端电性连接第一节点N1。电容C2一端电性连接第一节点N1。电容C2的另一端电性连接接地端GND。在此并不限制电感L、电阻R1与电容C2的类型与电感L的电感值、电阻R1的电阻值与电容C2的电容值。

第三晶体管M3具有第五端、第六端与第三控制端。第三晶体管M3的第五端电性连接第一节点N1。第三晶体管M3的第六端直接地或间接地电性连接接地端GND。第三晶体管M3的第三控制端用以接收第三控制信号SC3。第三晶体管M3受控于第三控制信号SC3而选择性地导通第三晶体管M3的第五端与第六端。第三晶体管M3具有等效本体二极管D3(bodydiode)。等效本体二极管D3例如金属氧化物半导体晶体管的基板与源极之间的等效的二极管，并非用以指一个真实的二极管元件。本体二极管的相关细节应为本领域技术人员所熟知，在此并不加以限制。等效本体二极管D3的阳极端电性连接第三晶体管M3的第六端。等效本体二极管D3的阴极端性连接第三晶体管M3的第五端。

其中，电源输出端DV与接地端GND用以分别电性连接取电装置的第一连接端与第二连接端。在此实施例及后续，举取电装置为充电电池B为例，但于实务上并不以此为限。充电电池B具有第一电极E1与第二电极E2。理想上，当具有接线保护的电源装置1电性连接于充电电池B时，第一电极E1应电性连接于电源输出端DV，第二电极E2应电性连接于接地端GND。但于实务上，第一电极E1有可能被电性连接于接地端GND，第二电极E2有可能电性连接于电源输出端DV，而造成异常状况。

请参照图2B以进行说明，图2B为根据本发明图2A所绘示的具有接线保护的电源装置电性连接于充电电池时的一种电流路径的示意图。如图2B所示，第一电极E1电性连接接地端GND，第二电极E2电性连接于电源输出端DV。此时，充电电池B提供电流I给具有接线保护的电源装置1。由于具有接线保护的电源装置1的内部阻抗可能并不大，使得电流I的电流大小过大，从而使得具有接线保护的电源装置1中的元件因充电电池B所提供的电流而烧毁。举例来说，第三晶体管M3的等效本体二极管D3有可能承受了过大的逆向偏压而崩溃烧毁。

有鉴于此，当具有接线保护的电源装置1电性连接充电电池B时，于初始配置阶段，第一晶体管M1与第二晶体管M2不导通，第三晶体管M3操作于欧姆区(ohmic mode)。其中欧姆区或称三极区(triode mode)或是线性区(linear region)。于实务上，在初始配置阶段时，第三晶体管M3的控制端可以被施予一个相对较小的电压以使第三晶体管M3操作在欧姆区；或者，第三晶体管M3的控制端可以被施予一个脉波宽度调变信号(pulse widthmodulation signal,PWM signal)，而此脉波宽度调变信号的占空比(duty ratio)在初始配置阶段时会被调整以使第三晶体管M3操作在欧姆区。

所述的初始配置阶段例如是指刚刚将充电电池B电性连接至具有接线保护的电源装置1时的一段预设时间区间，在此并不限制初始配置阶段的时间长度。此时，充电电池B提供的电流I沿图2B所示的电流路径传输。更具体地来说，电流I流经第二晶体管M2的等效本体二极管D2、电感L、感测电阻R1、第三晶体管M3与充电电池B。由于第三晶体管M3此时操作于欧姆区，第三晶体管M3在初始配置阶段具有相对较大的阻抗，而提升了具有接线保护的电源装置1的阻抗。因此即使第一电极E1电性连接于电源输出端DV，第二电极E2电性连接于接地端GND，从而造成充电电池B对具有接线保护的电源装置1放电，充电电池B提供的电流的电流大小也会因为第三晶体管M3在初始配置阶段所具有的阻抗而位于可接受的范围内。

第四晶体管M4具有第七端、第八端与第四控制端。第四晶体管M4的第七端电性连接第五端，第四晶体管M4的第八端电性连接电源输出端DV，第四晶体管M4的第四控制端用以接收第四控制信号SC4。于初始配置阶段，第四晶体管M4不导通。更进一步地来说，第二晶体管M2具有等效本体二极管D2。第四晶体管M4具有等效本体二极管D4。等效本体二极管D2的阳极端电性连接第四端。等效本体二极管D2的阴极端电性连接第三端。等效本体二极管D3的阳极端电性连接第七端，等效本体二极管D4的阴极端电性连接第八端。藉此，当充电电池B提供电流I给具有接线保护的电源装置1时，等效本体二极管D2与等效本体二极管D4能提供一条旁支电流路径以传输电流I，更能有效地减小突波电流，进一步避免充电电池B伤害具有接线保护的电源装置1。

另一方面，于一实施例中，具有接线保护的电源装置1更具有侦测模块11。侦测模块11并联于感测电阻R1。于初始配置阶段，当侦测模块11判断感测电阻R1的跨压大于门槛值时，侦测模块11用以提供警示信号。警示信号用以指示判断第一输出端、第二输出端与取电装置的连接方式有误。于一实施例中，具有接线保护的电源装置1例如可配置有发光二极管、蜂鸣器或是喇叭，警示信号用以驱动上述元件，以藉由对应的声光效果警示生产线人员。或是，于另一实施例中，侦测模块11例如电性连接于后端的处理装置，警示信号用以提供相关资讯给后端处理装置进行处理。需说明的是，侦测模块11相较于电源装置1来说为一选择性的设计，也就是说，侦测模块11可实作于电源装置1之内，或是侦测模块11可为独立于电源装置1的一装置或一电路，在此并不加以限制。

请参照图3，图3为根据本发明另一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的功能方块示意图。图3揭示了一种具有接线保护的电源装置3。具有接线保护的电源装置1”包括一切换模块12”、一感测电阻14”、一继电器17a”、一继电器17b”与一分流电阻19”。切换模块12”电性连接电源输入端Ep与接地端GND。切换模块12”用以将电能由电源输入端Ep传输至电源输出端DV。感测电阻14”的一端电性连接切换模块12”。感测电阻14”的另一端电性连接第一节点N1”。继电器17a”的一端电性连接第一节点N1”。继电器17a”的另一端电性连接电源输出端DV。分流电阻19”串联于继电器17b”。串联的分流电阻19”与继电器17b”并联连接于继电器17a”。

其中，于一初始配置阶段，切换模块12”关闭，继电器17”断开。所谓切换模块12”关闭指切换模块12”于一段期间内暂不将电能由电源输入端Ep传输至电源输出端DV。电源装置1”依据感测电阻14”的电压判断一电子装置是否正确电性连接于电源输出端DV与接地端GND。所述的电子装置例如为充电电池或是其他具有蓄电能力的电子产品，后续以充电电池为例说明。

请接着参照图4A，图4A为根据本发明另一实施例所绘示的具有接线保护的电源装置的电路示意图。图4A所示的具有接线保护的电源装置2的电路结构大致上相仿于图2A所示的具有接线保护的电源装置1。与图2A所示的实施例不同的是，第三晶体管M3于具有接线保护的电源装置2中被置换为继电器SWa、继电器SWb与分流电阻R2。继电器SWa的两端分别连接第一节点N1”与电源输出端DV。更具体地来说，在此实施例中继电器SWa经由第四晶体管M4”电性连接电源输出端DV。第四晶体管M4”的相关细节如前所述不再赘述。在此实施例中，第一晶体管M1”与第二晶体管M2”所组成的电路结构包含于前述的切换模块12”，感测电阻R1”对应于前述的感测电阻14”，继电器SWa对应于前述的继电器17a”，继电器SWb对应于前述的继电器17b”，分流电阻R2”对应于前述的分流电阻19”。

请一并参照图4B，图4B为根据本发明图4A所绘示的具有接线保护的电源装置电性连接于充电电池时的一种电流路径的示意图。如图4B所示，充电电池B的第一电极E1”电性连接于接地端GND且充电电池B的第二电极E2”电性连接于电源输出端DV”。相仿于图4A，在图4B所示的实施例中，感测电阻R1”对应于图3中的感测电阻14"，分流电阻R2”对应于图3中的分流电阻19”，第一继电器SWa对应于图3中的第一继电器17a”，第二继电器SWb对应于图3中的第二继电器17b”。

如图4B所示，在此实施例中，于初始配置阶段中，第一继电器SWa不导通而第二继电器SWb导通。此时，充电电池B提供的电流I沿图4B所示的电流路径传输。更具体地来说，充电电池B所提供的电流I”流经第二晶体管M2”的等效本体二极管D2”、电感L”、感测电阻R1”、分流电阻R2、第二继电器SWb与充电电池B”。在适当地选择分流电阻R2”与感测电阻R1”的阻值的情况下，电流I”的电流值可以被有效地抑制。另一方面，通过判断感测电阻R1”的跨压是否大于对应的门槛值，即能判断出具有接线保护的电源装置1”与充电电池B的连接关系是否正确。

当确认充电电池B与具有接线保护的电源装置1”的连接关系而欲进行正常测试流程时，第一继电器SWa导通而第二继电器SWb可以被断开，以避免功率耗损。藉由选择性地导通第二继电器SWb，具有接线保护的电源装置1”可以更精确地于不同测试阶段提供相应的电流路径。除了可以避免电路因使用者的失误而烧毁之外，更可确实地避免额外的功率耗损。

综合以上所述，本发明提供了一种具有接线保护的电源装置，于初始配置阶段，具有接线保护的电源装置的其中一个晶体管操作于欧姆区。因此，当有异常情况发生时，例如生产线人员将具有接线保护的电源装置的输出端与取电装置的电极接反，由于具有接线保护的电源装置的内部回路会具有高阻抗，从而降低取电装置提供给具有接线保护的电源装置的放电电流。藉此，具有接线保护的电源装置得以避免因为生产线人员的人为疏失而损坏。另一方面，具有接线保护的电源装置更具有感测电阻。藉由量测感测电阻的跨压，生产线人员也可获知具有接线保护的电源装置与取电装置的连接关系是否正确。而且，在生产线流程上，具有接线保护的电源装置的初始配置阶段可供生产线人员确实地配置好测试环境，也提供了生产线人员一丝余裕。

Claims (9)

1.一种具有接线保护的电源装置，其特征在于，该电源装置包括：

一切换模块，电性连接一电源输入端与一接地端，用以将电能由该电源输入端传输至一电源输出端；

一感测电阻，该感测电阻的一端电性连接该切换模块，该感测电阻的另一端电性连接一第一节点；

一第一功率晶体管，该第一功率晶体管的两端之间具有一本体二极管；以及

一二极管，该二极管的一端电性连接该本体二极管的同极性的一端，该二极管与该第一功率晶体管电性连接于该第一节点与该电源输出端之间。

其中，于一初始配置阶段，该切换模块关闭，该第一功率晶体管操作于欧姆区，该电源装置依据该感测电阻的电压判断一电子装置是否正确电性连接于该电源输出端与该接地端。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，该切换模块包括一第一晶体管以及一第二晶体管，该第一晶体管的一端电性连接该电源输入端，该第一晶体管的另一二端电性连接一第二节点，该第二晶体管的一端电性连接该第二节点，该第二晶体管的另一端电性连接该接地端。

3.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，更包括一电感以及一电容，该电感的一端电性连接该第二节点，该电感的另一端电性连接该感测电阻的一端，该电容的一端电性连接该第一节点，该电容的另一端电性连接该接地端。

4.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，该二极管为一第二功率晶体管的一本体二极管。

5.一种具有接线保护的电源装置，其特征在于，该电源装置包括：

一切换模块，电性连接一电源输入端与一接地端，用以将电能由该电源输入端传输至一电源输出端；

一感测电阻，该感测电阻的一端电性连接该切换模块，该感测电阻的另一端电性连接一第一节点；

一第一继电器，该第一继电器的一端电性连接该第一节点，该第一继电器的另一端电性连接该电源输出端；

一分流电阻，该分流电阻的一端电性连接该第一节点；

一第二继电器，串联该分流电阻，该第一继电器并联于串联的该第二继电器与该分流电阻；以及

其中，于一初始配置阶段，该切换模块关闭，该第一继电器断开，该电源装置依据该感测电阻的电压判断一电子装置是否正确电性连接于该电源输出端与该接地端。

6.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，该切换模块包括一第一晶体管以及一第二晶体管，该第一晶体管的一端电性连接该电源输入端，该第一晶体管的另一二端电性连接一第二节点，该第二晶体管的一端电性连接该第二节点，该第二晶体管的另一端电性连接该接地端。

7.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，更包括一电感以及一电容，该电感的一端电性连接该第二节点，该电感的另一端电性连接感测电阻的一端，该电容的一端电性连接该第一节点，该电容的另一端电性连接该接地端。

8.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，更包括一二极管，该二极管串联连接于该分流电阻。

9.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，更包括一二极管，该二极管串联连接于该第一继电器。